离子液体与极性溶剂间相互作用规律研究

主要以目前应用最为广泛的烷基咪唑类、烷基吡啶类离子液体为研究对象，研究常见的极性溶剂与离子液体形成混合体系后，溶剂分子与离子液体相互作用的规律，以及形成的新作用体在相关的物理化学和结构性质变化中所显示出的探针指示作用。拟用红外光谱（ATR-IR）、核磁共振（NMR）、差热扫描量热（DSC）等实验手段与量子化学理论计算，分子动力学模拟相结合，并利用超额红外光谱，二维相关（2D-COS）红外光谱的分析方法, 从分子间相互作用、电荷效应、相态变化和空间结构效应等方面，分别对离子液体阴、阳离子中的主要官能团与溶剂的相互作用、离子液体与溶剂分子形成的聚集态作用体微观结构中的相互作用进行系统研究，并将此作用体看作一种探针，与体系性质的变化相联系，进而总结常见离子液体与极性分子溶剂体系中的离子-离子、离子-分子、分子-分子相互作用的规律和由这些作用形成的聚集体对于体系性质变化的指示作用。

本项目最先将超额红外光谱理论引入到离子液体体系中，对离子液体与常见的极性溶剂形成的混合体系中离子、分子、离子对等微粒之间在分子水平上的相互作用规律进行了系统研究。主要研究成果包括：.1. 将超额红外光谱应用到离子液体与极性溶剂混合体系研究中，由超额红外光谱和超额摩尔吸光度的变化得到反映离子液体与极性溶剂之间相互作用的信息。.其中，超额红外光谱在处理离子液体与溶剂的复杂作用过程中可以发挥出精准直接的特点，结合超额红外光谱中的超额摩尔吸光度和峰的正负变化，可以很直观的观察到微观作用尤其是氢键的出现和消失。.2. 离子液体与溶剂相互作用引起的光谱特征（吸收位置、强度）的变化，可以作为表示体系内新的作用体存在的探针，结合二维相关分析和量子化学计算，可反映体系的性质变化与分子作用之间的经验关系。.我们还对体系的宏观性质进行了研究，发现溶剂加入后的相互作用对离子液体与溶剂的体系宏观性质，如密度、表面张力、粘度、电导率等都有显著的影响，作用–组成–性质之间的关系可以用一些特定的经验方程来描述。.3. 通过离子液体与溶剂体系中相互作用与宏观性质的经验关系，估算出一系列难以测得的重要参数，如热膨胀系数，晶格能，表面能等，并应用VFT方程，Walden规则和CA方程，对不同体系的粘度和电导率性质进行了预测和估算，并发现电导率变化与混合体系组成变化的非线性关系和作用强弱关系。而且对于氢键作用较强的离子液体，我们选择与其他物质进行复合研究，以拓宽对离子液体的认识，并为下一阶段离子液体与电解质混合体系的性质研究提供有力的理论参考。.综上，已完成了项目的预期目标，但对于更复杂的混合体系的光谱变化和动力学模拟等方面的研究还有待加强。项目所取得成果也为下阶段的拓展研究提供了支撑。